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JP6522149B2 - System and method for predicting perfusion injury from physiological characteristics, anatomical characteristics, and patient characteristics - Google Patents
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JP6522149B2 - System and method for predicting perfusion injury from physiological characteristics, anatomical characteristics, and patient characteristics - Google Patents

System and method for predicting perfusion injury from physiological characteristics, anatomical characteristics, and patient characteristics Download PDF

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Description

関連出願
本出願は、2015年4月2日に出願された米国仮特許出願第62/142,158号に対して米国特許法119条(e)に基づいて優先権を主張し、その内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
RELATED APPLICATIONS This application claims priority under 35 USC 119119 (e) to US Provisional Patent Application No. 62 / 142,158 filed on April 2, 2015, the contents of which are incorporated herein by reference. , Which is incorporated herein by reference in its entirety.

本開示の種々の実施形態は、一般に、疾患評価、処置計画、及び関連方法に関する。より具体的には、本開示の特定の実施形態は、ターゲット組織の灌流を推定するためのシステム及び方法に関する。   Various embodiments of the present disclosure generally relate to disease assessment, treatment regimens, and related methods. More specifically, certain embodiments of the present disclosure relate to systems and methods for estimating perfusion of target tissue.

冠動脈疾患は、何百万人もの人々に影響を及ぼす一般的な病気である。冠動脈疾患は、狭窄症(血管の異常な狭隘化)等の病変を、心臓に血液を提供する血管に生じさせる場合がある。結果として、心臓への血流は制限される場合がある。冠動脈疾患に罹患している患者は、身体的運動の間の慢性安定狭心症または患者が安静時にあるときの不安定狭心症と呼ばれる、胸部疼痛を経験する場合がある。疾患のより重篤な顕在化は、心筋梗塞または心臓発作につながる場合がある。医療治療(例えば、スタチン)または外科的代替法(例えば、経皮的冠動脈インターベンション(PCI:percutaneous coronary intervention)及び冠動脈バイパスグラフト術(CABG:coronary artery bypass graft surgery))の両方を含む冠動脈疾患の処置において、大幅な進歩が遂げられてきた。侵襲的評価は、患者が受ける場合がある処置のタイプを評価するために、一般に使用される。しかし、患者処置を考案するための間接的または非侵襲的評価が、調査され開発されている。   Coronary artery disease is a common disease that affects millions of people. Coronary artery disease may cause lesions, such as stenosis (abnormal narrowing of blood vessels), in blood vessels that provide blood to the heart. As a result, blood flow to the heart may be limited. Patients suffering from coronary artery disease may experience chest pain, called chronic stable angina during physical exercise or unstable angina when the patient is at rest. More serious manifestations of the disease may lead to myocardial infarction or heart attack. For coronary artery disease, including both medical treatment (eg, statins) or surgical alternatives (eg, percutaneous coronary intervention (PCI) and coronary artery bypass graft surgery (CABG)) Significant progress has been made in treatment. Invasive assessment is commonly used to assess the type of treatment that a patient may receive. However, indirect or non-invasive evaluations for devising patient treatment have been investigated and developed.

心臓疾患は、血管疾患、特に、血流に影響を及ぼすような血管の狭隘化または血管内腔の内部での閉塞に起因するものと通常見なされる。この狭隘化または閉塞の程度を測定する1つの方法は、灌流スキャンによるものである。その理由は、灌流が血管網(例えば、動脈、毛細管等)を通る血液の流れであるからである。現在のところ、灌流スキャンは、費用がかかる場合があり、また、患者を不必要な放射線にさらす場合がある。そのため、或るターゲット組織における灌流を推定するため、利用可能な患者情報を使用する欲求が存在し、被推定灌流データが使用されて、画像を読影する方法に医師が情通しているような、よく知られているスキャンタイプ、例えば、単一光子放射断層撮影(SPECT:single photon emission computed tomography)または陽電子放射断層撮影(PET:positron emission tomography)をシミュレートする場合がある。更に、心血管疾患の重篤度をよりよく評価することによって、心血管疾患の処置を改善する欲求が存在する。   Heart disease is usually considered to be due to vascular disease, in particular, narrowing of the blood vessel to affect blood flow or occlusion inside the blood vessel lumen. One way to measure this degree of narrowing or occlusion is by perfusion scanning. The reason is that perfusion is the flow of blood through the vascular network (eg, arteries, capillaries etc.). Currently, perfusion scans can be expensive and can expose the patient to unwanted radiation. As such, there is a desire to use available patient information to estimate perfusion in a given target tissue, and the estimated perfusion data is used to tell the physician how to interpret the image, It may simulate well-known scan types, such as single photon emission computed tomography (SPECT) or positron emission tomography (PET). Furthermore, there is a desire to improve the treatment of cardiovascular disease by better assessing the severity of the cardiovascular disease.

先の一般的な説明及び以下の詳細な説明は、例示的かつ説明的であるに過ぎず、本開示を制限しない。   The foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory only and are not restrictive of the present disclosure.

本開示の或る態様によれば、心血管疾患の診断または処置を導くためターゲット組織の灌流を推定するために、利用可能な情報を使用するためのシステム及び方法が開示される。   According to one aspect of the present disclosure, systems and methods are disclosed for using the available information to estimate perfusion of target tissue to guide diagnosis or treatment of cardiovascular disease.

1つの方法は、患者の解剖学的構造の患者固有の血管モデル及び患者固有の組織モデルを受信すること、患者の1つまたは複数の生理的状態において血管または組織モデルから患者の1つまたは複数の患者固有の生理的パラメータを抽出すること、患者固有の生理的パラメータを使用して患者固有の組織モデルを通る血液の灌流の特性を推定すること、及び、血液の灌流の被推定特性をディスプレイに出力することを含む。   One method is to receive a patient-specific vascular model and a patient-specific tissue model of the patient's anatomy, one or more of the patient from the blood vessel or tissue model in one or more physiological states of the patient. Extracting patient-specific physiological parameters of the patient, estimating characteristics of blood perfusion through the patient-specific tissue model using patient-specific physiological parameters, and displaying estimated characteristics of blood perfusion Including output to

別の実施形態によれば、患者固有の灌流を推定するためのシステムであって、血液の灌流の患者固有の特性を決定するための命令を記憶するデータ記憶デバイスと、プロセッサとを備え、プロセッサは、方法であって、患者の解剖学的構造の患者固有の血管モデル及び患者固有の組織モデルを受信するステップと、患者の1つまたは複数の生理的状態において血管または組織モデルから患者の1つまたは複数の患者固有の生理的パラメータを抽出するステップと、患者固有の生理的パラメータを使用して患者固有の組織モデルを通る血液の灌流の特性を推定するステップと、血液の灌流の被推定特性をディスプレイに出力するステップとを含む方法を実施する命令を実行するように構成される、システムである。   According to another embodiment, a system for estimating patient-specific perfusion comprising: a data storage device storing instructions for determining patient-specific characteristics of blood perfusion; and a processor Receiving the patient-specific vascular model and the patient-specific tissue model of the patient's anatomical structure, and one of the patient from the blood vessel or tissue model in one or more physiological states of the patient. Extracting one or more patient-specific physiological parameters; estimating characteristics of blood perfusion through the patient-specific tissue model using the patient-specific physiological parameters; Outputting the characteristic to a display, the system being configured to execute instructions implementing the method.

別の実施形態によれば、血液の灌流の患者固有の特性を推定するためのコンピュータ実行可能プログラミング命令を含むコンピュータシステム上で使用するための非一時的コンピュータ可読媒体であって、方法は、患者の解剖学的構造の患者固有の血管モデル及び患者固有の組織モデルを受信すること、患者の1つまたは複数の生理的状態において血管または組織モデルから患者の1つまたは複数の患者固有の生理的パラメータを抽出すること、患者固有の生理的パラメータを使用して患者固有の組織モデルを通る血液の灌流の特性を推定すること、及び、血液の灌流の被推定特性をディスプレイに出力することを含む、非一時的コンピュータ可読媒体である。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
(項目1)
患者の解剖学的構造を通る血液の灌流の患者固有の特性を推定するためのコンピュータ実装式方法であって、
患者の解剖学的構造の患者固有の血管モデル及び患者固有の組織モデルを受信すること、
前記患者の1つまたは複数の生理的状態において前記血管または組織モデルから前記患者の1つまたは複数の患者固有の生理的パラメータを抽出すること、
前記患者固有の生理的パラメータ、及び、患者固有の解剖学的幾何形状及び生理的パラメータに患者灌流特性をマッピングするように訓練される機械学習アルゴリズムを使用して、前記患者固有の組織モデルを通る血液の前記灌流の特性を推定すること、及び、
血液の前記灌流の前記被推定特性を電子ディスプレイに出力することを含む、前記コンピュータ実装式方法。
(項目2)
前記患者固有の生理的パラメータは、1つまたは複数の生理的状態における前記血管または組織の複数の領域に対する被推定または被測定血流を含む、項目1に記載のコンピュータ実装式方法。
(項目3)
前記患者固有の生理的パラメータは、血管サイズ、血管形状、血管屈曲度、血管長、血管厚、組織もしくは血管網内の血液の前記灌流の被推定テリトリ、またはその組合せを含むが、それに限定されない、項目1に記載のコンピュータ実装式方法。
(項目4)
前記生理的状態は、安静時患者状態、うっ血状態、運動状態、食後状態、重力状態、感情的状態、高血圧の状態、薬剤服用状態、またはその組合せの1つまたは複数を含んでもよい、項目1に記載のコンピュータ実装式方法。
(項目5)
血液の前記灌流の特性は、冠血流予備量比、流れの大きさ、流れの方向、またはその組合せの1つまたは複数を含む、項目1に記載のコンピュータ実装式方法。
(項目6)
前記患者固有の生理的パラメータは、局所平均強度、テクスチャ特性、標準画像、またはその組合せの1つまたは複数を含む、1つまたは複数の生理的状態におけるターゲット組織または血管モデルの1つまたは複数の画像特性を含む、項目1に記載のコンピュータ実装式方法。
(項目7)
前記患者固有の生理的パラメータは、患者特性、ターゲット組織疾患特性、電気機械的測定値、またはその組合せの1つまたは複数を含む複数の2次特性を更に含む、項目1に記載のコンピュータ実装式方法。
(項目8)
前記患者固有の組織モデルを通して血液の前記灌流の特性を推定することは、1つまたは複数の生理的状態において前記ターゲット組織内の血流を比較することを含む、項目1に記載のコンピュータ実装式方法。
(項目9)
患者の解剖学的構造の前記患者固有の血管モデル及び患者固有の組織モデルは、冠血管モデル及び心筋、脳血管モデル及び脳、末梢血管モデル及び筋肉、肝血管モデル及び肝臓、腎血管モデル及び腎臓、内臓血管モデル及び腸、または、任意のターゲット器官及び前記ターゲット器官に血液を供給する血管を有する血管モデルの1つまたは複数を含む、項目1に記載のコンピュータ実装式方法。
(項目10)
血液の前記灌流の前記被推定特性に基づいて前記患者固有の生理的パラメータを調整すること、及び、
血液の前記灌流の前記被推定特性及び被調整生理的パラメータを使用して血流特性シミュレートすることを含む、項目1に記載のコンピュータ実装式方法。
(項目11)
前記ターゲット組織内の1つまたは複数の場所における1つまたは複数の所望の灌流特性を受信すること、
前記ターゲット組織内の前記1つまたは複数の場所における血液の前記灌流の被推定特性を、前記1つまたは複数の場所における前記所望の灌流特性と比較すること、及び、
前記比較に基づいて、前記生理的パラメータ、前記血管またはターゲット組織の患者固有の解剖学的モデルの1つまたは複数を変更することを更に含む、項目1に記載のコンピュータ実装式方法。
(項目12)
血液の前記灌流の前記1つまたは複数の被推定特性を使用して、1つまたは複数の生理的状態におけるSPECTまたはPETスキャンをシミュレートするように設計される1つまたは複数の仮想灌流画像を推定すること、及び、
前記1つまたは複数の仮想灌流画像を電子記憶デバイスに出力することを更に含む、項目1に記載のコンピュータ実装式方法。
(項目13)
患者固有の灌流を推定するためのシステムであって、
血液の灌流の患者固有の特性を決定するための命令を記憶するデータ記憶デバイスと、
プロセッサと、を備え、前記プロセッサは、方法であって、
患者の解剖学的構造の患者固有の血管モデル及び患者固有の組織モデルを受信するステップと、
前記患者の1つまたは複数の生理的状態において、前記血管または組織モデルから前記患者の1つまたは複数の患者固有の生理的パラメータを抽出するステップと、
前記患者固有の生理的パラメータを使用して、前記患者固有の組織モデルを通る血液の前記灌流の特性を推定するステップと、
血液の前記灌流の前記被推定特性を電子ディスプレイに出力するステップと、を含む前記方法を実施するため、前記命令を実行するように構成される、前記システム。
(項目14)
前記患者固有の生理的パラメータは、1つまたは複数の生理的状態において、以下、
前記血管または組織の複数の領域に対する被推定または被測定血流、
解剖学的特性、
画像特性
患者特性、
ターゲット組織疾患特性、
電気機械的測定値、または
その組合せ、
の1つまたは複数を含む、項目13に記載のシステム。
(項目15)
前記生理的状態は、安静時患者状態、うっ血状態、運動状態、食後状態、重力状態、感情的状態、高血圧の状態、薬剤服用状態、またはその組合せの1つまたは複数を含む、項目13に記載のシステム。
(項目16)
血液の前記灌流の特性は、冠血流予備量比、流れの大きさ、流れの方向、またはその組合せの1つまたは複数を含む、項目13に記載のシステム。
(項目17)
前記患者固有の組織モデルを通して血液の前記灌流の特性を推定することは、1つまたは複数の生理的状態において、前記ターゲット組織内の血流を比較することを含む、項目13に記載のシステム。
(項目18)
患者の解剖学的構造の前記患者固有の血管モデル及び患者固有の組織モデルは、
冠血管モデル及び心筋、
脳血管モデル及び脳、
末梢血管モデル及び筋肉、
肝血管モデル及び肝臓、
腎血管モデル及び腎臓、
内臓血管モデル及び腸、
または、任意のターゲット器官及び前記ターゲット器官に血液を供給する血管を有する血管モデル、
の1つまたは複数を含む、項目13に記載のシステム。
(項目19)
血液の前記灌流の前記被推定特性に基づいて前記患者固有の生理的パラメータを調整すること、及び、
血液の前記灌流の前記被推定特性及び被調整生理的パラメータを使用して血流特性シミュレートすることを更に含む、項目13に記載のシステム。
(項目20)
血液の灌流の患者固有の特性を推定するためのコンピュータ実行可能プログラミング命令を含むコンピュータシステム上で使用するための非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記方法は、
患者の解剖学的構造の患者固有の血管モデル及び患者固有の組織モデルを受信すること、
前記患者の1つまたは複数の生理的状態において前記血管または組織モデルから前記患者の1つまたは複数の患者固有の生理的パラメータを抽出すること、
前記患者固有の生理的パラメータを使用して前記患者固有の組織モデルを通る血液の前記灌流の特性を推定すること、及び、
血液の前記灌流の前記被推定特性を電子ディスプレイに出力すること、
を含む、前記非一時的コンピュータ可読媒体。
According to another embodiment, a non-transitory computer readable medium for use on a computer system including computer executable programming instructions for estimating patient specific characteristics of blood perfusion, the method comprising: Receiving a patient-specific vascular model and a patient-specific tissue model of the anatomical structure of the patient, one or more patient-specific physiological models of the patient from the vascular or tissue model in one or more physiological states of the patient Extracting parameters, estimating patient-specific characteristics of blood perfusion through a patient-specific tissue model using patient-specific physiological parameters, and outputting the estimated characteristics of blood perfusion to a display , Non-transitory computer readable medium.
The present specification also provides, for example, the following items.
(Item 1)
A computer-implemented method for estimating patient-specific characteristics of blood perfusion through a patient's anatomy, comprising:
Receiving a patient-specific vascular model of the patient's anatomical structure and a patient-specific tissue model,
Extracting one or more patient-specific physiological parameters of the patient from the vessel or tissue model in one or more physiological states of the patient;
Go through the patient-specific tissue model using a machine learning algorithm trained to map patient perfusion characteristics to the patient-specific physiological parameters and patient-specific anatomical geometry and physiological parameters Estimating the characteristics of said perfusion of blood;
The computer-implemented method comprising outputting the estimated property of the perfusion of blood to an electronic display.
(Item 2)
The computer-implemented method of claim 1, wherein the patient-specific physiological parameter comprises an estimated or measured blood flow to multiple regions of the blood vessel or tissue in one or more physiological conditions.
(Item 3)
The patient specific physiological parameters include, but are not limited to, vessel size, vessel shape, degree of vessel flexion, vessel length, vessel thickness, estimated territory of the perfusion of tissue or blood within the vessel network, or a combination thereof , A computer implemented method according to item 1.
(Item 4)
The physiological condition may include one or more of resting patient condition, congestion condition, exercise condition, postprandial condition, gravity condition, emotional condition, hypertension condition, drug taking condition, or a combination thereof. A computer-implemented method as described in.
(Item 5)
The computer-implemented method of claim 1, wherein the perfusion characteristics of blood include one or more of coronary flow reserve ratio, flow magnitude, flow direction, or a combination thereof.
(Item 6)
The patient-specific physiological parameter may be one or more of a target tissue or vessel model in one or more physiological conditions, including one or more of local average intensity, texture characteristics, standard images, or a combination thereof. The computer-implemented method of claim 1, comprising an image characteristic.
(Item 7)
The computer-implemented item of claim 1, wherein the patient specific physiological parameter further comprises a plurality of secondary characteristics including one or more of patient characteristics, target tissue disease characteristics, electromechanical measurements, or a combination thereof. Method.
(Item 8)
The computer-implemented item of claim 1, wherein estimating characteristics of the perfusion of blood through the patient-specific tissue model comprises comparing blood flow within the target tissue in one or more physiological states. Method.
(Item 9)
The patient-specific vascular model and patient-specific tissue model of the patient's anatomical structure include coronary and myocardial, cerebrovascular and brain, peripheral vascular and muscle, hepatic vascular and liver, renal vascular and kidney models. 10. A computer-implemented method according to claim 1, including one or more of: a visceral vascular model and a gut or a vascular model having any target organ and blood vessels supplying the target organ.
(Item 10)
Adjusting the patient-specific physiological parameter based on the estimated characteristic of the perfusion of blood;
The computer-implemented method of claim 1, comprising simulating blood flow characteristics using the estimated characteristics of the perfusion of blood and adjusted physiological parameters.
(Item 11)
Receiving one or more desired perfusion characteristics at one or more locations within the target tissue;
Comparing the estimated property of the perfusion of blood at the one or more locations in the target tissue with the desired perfusion characteristic at the one or more locations;
The computer-implemented method of claim 1, further comprising modifying one or more of the physiological parameter, a patient-specific anatomical model of the blood vessel or target tissue based on the comparison.
(Item 12)
One or more virtual perfusion images designed to simulate a SPECT or PET scan in one or more physiological conditions using the one or more estimated characteristics of the perfusion of blood Estimating, and
The computer-implemented method of claim 1, further comprising outputting the one or more virtual perfusion images to an electronic storage device.
(Item 13)
A system for estimating patient-specific perfusion, comprising
A data storage device storing instructions for determining patient specific characteristics of blood perfusion;
A processor, the processor being a method,
Receiving a patient-specific vascular model of the patient's anatomical structure and a patient-specific tissue model;
Extracting one or more patient-specific physiological parameters of the patient from the blood vessel or tissue model in one or more physiological states of the patient;
Estimating the characteristics of the perfusion of blood through the patient-specific tissue model using the patient-specific physiological parameters;
Outputting the estimated property of the perfusion of blood to an electronic display, the system configured to execute the instructions to perform the method.
(Item 14)
The patient specific physiological parameters may, in one or more physiological conditions:
An estimated or measured blood flow to a plurality of regions of the blood vessel or tissue;
Anatomical characteristics,
Image characteristics
Patient characteristics,
Target tissue disease characteristics,
Electromechanical measurements, or
The combination,
14. A system according to item 13, comprising one or more of
(Item 15)
The physiological condition may be one or more of resting patient condition, congestion condition, exercise condition, postprandial condition, gravity condition, emotional condition, hypertension condition, drug taking condition, or a combination thereof. System.
(Item 16)
14. A system according to item 13, wherein the perfusion characteristic of blood comprises one or more of coronary flow reserve ratio, flow size, flow direction, or a combination thereof.
(Item 17)
14. The system according to claim 13, wherein estimating the property of the perfusion of blood through the patient specific tissue model comprises comparing blood flow within the target tissue in one or more physiological states.
(Item 18)
The patient-specific vascular model and patient-specific tissue model of the patient's anatomy are:
Coronary blood vessel model and myocardium,
Cerebrovascular model and brain,
Peripheral vascular model and muscle,
Liver blood vessel model and liver,
Renal vascular model and kidney,
Visceral vascular model and intestine,
Or a blood vessel model having an arbitrary target organ and a blood vessel supplying the target organ.
14. A system according to item 13, comprising one or more of
(Item 19)
Adjusting the patient-specific physiological parameter based on the estimated characteristic of the perfusion of blood;
14. A system according to item 13, further comprising simulating blood flow characteristics using the estimated characteristics of the perfusion of blood and adjusted physiological parameters.
(Item 20)
A non-transitory computer readable medium for use on a computer system comprising computer executable programming instructions for estimating patient specific characteristics of blood perfusion, said method comprising
Receiving a patient-specific vascular model of the patient's anatomical structure and a patient-specific tissue model,
Extracting one or more patient-specific physiological parameters of the patient from the vessel or tissue model in one or more physiological states of the patient;
Estimating the characteristics of the perfusion of blood through the patient-specific tissue model using the patient-specific physiological parameters;
Outputting the estimated property of the perfusion of blood to an electronic display;
Said non-transitory computer readable medium.

開示される実施形態の更なる目的及び利点は、次に続く説明において部分的に述べられることになり、また、説明から部分的に明らかになることになる、または、開示される実施形態の実施によって学習されてもよい。開示される実施形態に関する目的及び利点は、添付特許請求の範囲において特に指摘される要素及び組合せによって実現され達成されることになる。   Additional objects and advantages of the disclosed embodiments will be set forth in part in the description that follows, and will in part be apparent from the description or practice of the disclosed embodiments. May be learned by The objects and advantages of the disclosed embodiments will be realized and attained by the elements and combinations particularly pointed out in the appended claims.

先の一般的な説明と以下の詳細な説明は共に、例示的かつ説明的であるに過ぎず、特許請求される詳細な実施形態を制限しないことが理解される。   It is understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory only and are not restrictive of the claimed detailed embodiments.

本明細書に組込まれ、本明細書の一部を構成する添付図面は、種々の例示的な実施形態を示し、説明と共に、開示される実施形態の原理を説明するのに役立つ。   BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate various exemplary embodiments and, together with the description, serve to explain the principles of the disclosed embodiments.

本開示の例示的な実施形態による、心血管疾患の診断または処置を導くため灌流を予測するための例示的なシステム及びネットワークのブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of an exemplary system and network for predicting perfusion to guide diagnosis or treatment of cardiovascular disease, according to an exemplary embodiment of the present disclosure. 本開示の一般的な実施形態による、灌流を推定する一般的な方法のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a general method of estimating perfusion, according to a general embodiment of the present disclosure. 本開示の例示的な実施形態による、灌流を推定する例示的な方法のブロック図である。FIG. 7 is a block diagram of an exemplary method of estimating perfusion, according to an exemplary embodiment of the present disclosure. 本開示の例示的な実施形態による、機械学習を使用して灌流を推定する例示的な方法のブロック図であり、組織灌流の推定量を決定するための、それぞれ図2及び図3におけるステップ208または322を実施する方法を同様に開示する。FIG. 8 is a block diagram of an exemplary method of estimating perfusion using machine learning, in accordance with an exemplary embodiment of the present disclosure, for determining an estimated amount of tissue perfusion, respectively, at step 208 in FIGS. 2 and 3; Or similarly disclosed methods of practicing 322. 図4に開示する方法のブロック図であり、更に、本開示の例示的な実施形態に従って、機械学習を使用して、血管幾何形状及び患者固有の生理的パラメータ(例えば、解剖学的情報、2次情報、及び血液供給情報)から患者固有の灌流特性を推定するための例示的な方法を同様に開示する。FIG. 5 is a block diagram of the method disclosed in FIG. 4 and further, using machine learning, in accordance with an exemplary embodiment of the present disclosure, blood vessel geometry and patient specific physiological parameters (eg, anatomical information, 2 An exemplary method for estimating patient-specific perfusion characteristics from the following information, and blood supply information) is likewise disclosed.

その例が添付図面に示される本開示の例示的な実施形態に対する参照が、ここで詳細に行われる。可能であるときはいつでも、同じ参照数字が、同じまたは同様な部分を指すために図面全体を通して使用されることになる。   Reference will now be made in detail to exemplary embodiments of the present disclosure, examples of which are illustrated in the accompanying drawings. Wherever possible, the same reference numbers will be used throughout the drawings to refer to the same or like parts.

冠動脈疾患は、心臓に対する血流がそれによって制限される場合がある一般的な病気である。冠動脈疾患の処置において、大幅な進歩が遂げられてきたが、その処置は、しばしば見当外れであるまたは過剰である。例えば、患者は、しばしば、侵襲的外科処置または灌流スキャンを受け、それらは、費用がかかる場合がある、及び/または、患者を不必要な放射線にさらす場合がある。患者は、時として、自分の状態を変化させる可能性がない処置を受ける。或る状況において、患者は、自分の状態を最終的に悪化させる処置を更に受ける。そのため、処置コースを選択するのを補助するため、正確に、心血管疾患の重篤度を評価する及び/または灌流を予測する必要性が存在する。   Coronary artery disease is a common disease in which blood flow to the heart may be limited. Although significant progress has been made in the treatment of coronary artery disease, the treatment is often out of place or in excess. For example, patients often undergo invasive surgical procedures or perfusion scans, which may be expensive and / or may expose the patient to unnecessary radiation. Patients sometimes receive treatments that do not have the potential to change their condition. In certain situations, the patient is further subjected to a treatment that ultimately worsens his condition. As such, there is a need to accurately assess the severity of cardiovascular disease and / or predict perfusion to aid in selecting a course of treatment.

心血管疾患は、血管疾患に結び付けられ、血管狭隘化または閉塞を意味する場合がある。心臓灌流スキャンは、異なる生理的状態における心筋内の血液の量を測定できる。「生理的状態(physiological state)」は、安静時患者状態、うっ血状態、運動状態、食後状態、重力状態、感情的状態、高血圧状態、薬剤服用状態、またはその組合せを指してもよい。灌流スキャンがしばしば実施されて、何が胸部疼痛をもたらしている可能性があるかを決定する、また、心臓の組織が、血液の適切な流れを供給されているかどうかを判定する、あるいは、心筋が、心臓発作からどれほど損傷を受けているかを決定する。   Cardiovascular disease is linked to vascular disease and may mean vasoconstriction or occlusion. A cardiac perfusion scan can measure the amount of blood in the myocardium at different physiological conditions. "Physiological state" may refer to resting patient state, congestion state, exercise state, postprandial state, gravity state, emotional state, hypertension state, drug taking state, or a combination thereof. A perfusion scan is often performed to determine what may be causing chest pain, and also to determine if the tissue of the heart is being provided with the proper flow of blood, or the myocardium But determine how much damage from a heart attack.

スキャン中、放射性トレーサが患者に経静脈的に投与された後に心臓の画像が生成される。放射性トレーサは、血液を通り心筋に入るように移動する。トレーサが、心筋を通って移動するにつれて、十分な血流を有する組織はトレーサを吸収する。トレーサを吸収しない組織は、十分な血液を受取らない場合がある、または、心臓発作によって損傷されている場合がある。画像の2つのセットが、心臓灌流スキャン中に生成されてもよい。安静時画像は、その後、ストレスまたは非安静画像と比較され、ターゲット組織内の灌流のレベルが決定されてもよい。「ターゲット組織(target tissue)」は、血液供給及び/または灌流特性がそこで推定されてもよい組織及び/または器官を指してもよい。   During the scan, an image of the heart is generated after the radioactive tracer has been intravenously administered to the patient. The radioactive tracer travels through the blood and into the myocardium. As the tracer travels through the myocardium, tissue with sufficient blood flow absorbs the tracer. Tissues that do not absorb the tracer may not receive enough blood or may be damaged by a heart attack. Two sets of images may be generated during a cardiac perfusion scan. The resting image may then be compared to a stress or non-resting image to determine the level of perfusion in the target tissue. "Target tissue" may refer to a tissue and / or organ from which blood supply and / or perfusion characteristics may be estimated.

したがって、ターゲット組織内の灌流の理解は、臨床的に重要である場合がある。灌流の理解は、疾患の重篤度または処置の適切さの評価を改善する場合がある。本開示は、異なる生理的状況において血管疾患の重篤度をより正確に評価するため、そこでは灌流を測定するのが難しい場合がある状況下で灌流を推定することによって、及び/または、心臓灌流の測定値を使用することによって、患者及び医師を利することができる。生成される灌流画像は、PET及び/またはSPECT等のよく知られているスキャンタイプから生成される画像をシミュレートすることができる。シミュレートされた画像は、PET及び/またはSPECT画像を読影するために訓練される医師に対して読影及び理解の容易さを提供することができる。本開示のためね、「患者(patient)」は、診断または処置解析が実施される対象の任意の個人または人、あるいは、1人または複数人の個人の診断または処置解析に関連する任意の個人または人を指してもよい。   Thus, an understanding of perfusion in the target tissue may be clinically important. An understanding of perfusion may improve the assessment of disease severity or appropriateness of treatment. The present disclosure more accurately assesses the severity of vascular disease in different physiological situations, where perfusion may be difficult to measure, and / or by estimating perfusion in situations where it may be difficult to measure The use of perfusion measurements can benefit the patient and the physician. The generated perfusion images can simulate images generated from well-known scan types such as PET and / or SPECT. The simulated image can provide ease of interpretation and understanding to a physician trained to interpret PET and / or SPECT images. For the purposes of the present disclosure, "patient" may be any individual or person for whom diagnosis or treatment analysis is to be performed, or any individual associated with diagnosis or treatment analysis of one or more individuals. Or it may refer to a person.

図1は、本開示のシステム及びネットワークの抽象図を提供するが、図2は、血液の灌流の1つまたは複数の特性を推定するための方法の一般的な実施形態を示し、図3は、より具体的な実施形態を配置する。更に、図2及び図3は共に、組織を通る血液の灌流の推定量を決定するステップを開示する。図4は、訓練された機械学習アルゴリズムを使用して、組織を通る血液の灌流の1つまたは複数の特性の推定量を決定するステップを実施する例示的な方法を示す。図5は、図4に開示する方法を更に詳細に考察する。   While FIG. 1 provides an abstract view of the systems and networks of the present disclosure, FIG. 2 shows a general embodiment of a method for estimating one or more characteristics of blood perfusion, and FIG. , Place more specific embodiments. Further, FIGS. 2 and 3 together disclose the step of determining an estimated amount of blood perfusion through the tissue. FIG. 4 illustrates an exemplary method of performing the step of determining an estimate of one or more characteristics of perfusion of blood through tissue using a trained machine learning algorithm. FIG. 5 considers the method disclosed in FIG. 4 in more detail.

ここで図をより詳細に参照すると、図1は、例示的な実施形態による、心血管疾患の診断または処置を導くため心臓灌流を推定するための例示的なシステム100及びネットワークのブロック図を示す。特に、図1は、複数の医師102及び第3者プロバイダ104を示し、それらのうちの任意のものは、1つまたは複数のコンピュータ、サーバ、及び/または手持ち式モバイルデバイスを通して、インターネット等の電子ネットワーク101に接続されてもよい。医師102及び/または第3者プロバイダ104は、1人または複数人の患者の解剖学的構造の画像を作成するまたはその他の方法で取得してもよい。医師102及び/または第3者プロバイダ104は、同様に、年齢、医療履歴、血圧、血液粘度、患者活動、または運動レベル等のような患者固有の情報の任意の組合せを取得してもよい。医師102及び/または第3者プロバイダ104は、解剖学的画像及び/または患者固有の情報を、電子ネットワーク101を通じてサーバシステム106に送信してもよい。サーバシステム106は、医師102及び/または第3者プロバイダ104から受信される画像及びデータを記憶するための記憶デバイスを含んでもよい。サーバシステム106は、同様に、記憶デバイスに記憶される画像及びデータを処理するための処理デバイスを含んでもよい。   With reference now to the figures in more detail, FIG. 1 shows a block diagram of an exemplary system 100 and network for estimating cardiac perfusion to guide diagnosis or treatment of cardiovascular disease according to an exemplary embodiment. . In particular, FIG. 1 shows a plurality of physicians 102 and third party providers 104, any of which may be electronic, such as the Internet, through one or more computers, servers, and / or handheld mobile devices. It may be connected to the network 101. The physician 102 and / or the third party provider 104 may create or otherwise obtain an image of the anatomical structure of one or more patients. The physician 102 and / or third party provider 104 may similarly obtain any combination of patient specific information such as age, medical history, blood pressure, blood viscosity, patient activity, or exercise level etc. The physician 102 and / or the third party provider 104 may transmit anatomical images and / or patient specific information to the server system 106 via the electronic network 101. Server system 106 may include a storage device for storing images and data received from physician 102 and / or third party provider 104. The server system 106 may also include processing devices for processing the images and data stored on the storage device.

図2は、心血管疾患の診断または処置を導くため心臓灌流を推定するため例示的な方法200の一般的な実施形態を示す。図2の方法は、電子ネットワーク101を通じて医師102及び/または第3者プロバイダ104から受信される情報、画像、及びデータに基づいてサーバシステム106によって実施されてもよい。   FIG. 2 shows a general embodiment of an exemplary method 200 for estimating cardiac perfusion to guide diagnosis or treatment of cardiovascular disease. The method of FIG. 2 may be implemented by server system 106 based on information, images, and data received from physician 102 and / or third party provider 104 through electronic network 101.

一実施形態において、ステップ202は、記憶システム106の電子記憶媒体に記憶される患者の解剖学的構造の患者固有の血管モデル及び患者固有のターゲット組織モデルを受信することを含んでもよい。「電子記憶媒体(electronic storage medium)」は、ディスプレイスクリーンに固着されてもよく、固着されなくてもよい、ハードドライブ、ネットワークドライブ、クラウドドライブ、モバイルフォン、タブレット、または同様なものを含んでもよいが、それに限定されない。特に、患者固有の血管モデル及び患者固有のターゲット組織モデルを受信することは、サーバシステム106において患者固有の血管モデル及び/または患者固有のターゲット組織モデルを生成すること、または、電子ネットワーク(例えば、電子ネットワーク101)を通じて患者固有の血管モデル及び/または患者固有のターゲット組織モデルを受信することを含んでもよい。患者固有の血管モデル及び患者固有のターゲット組織モデルは、特定の患者の心血管モデルを含んでもよい。一実施形態において、血管モデル及びターゲット組織モデルは、1つまたは複数の利用可能な撮像またはスキャンモダリティ(例えば、コンピュータ断層撮影(CT:computed tomography)スキャン及び/または磁気共鳴撮像(MRI:magnetic resonance imaging))によって採取(acquire)される人の画像から導出されてもよい。例えば、ステップ202は、人の心臓のCT及びMRI画像を受信することを含んでもよい。ステップ202は、受信された画像から、特定の人について患者固有の心血管モデルを生成することを更に含んでもよい。電子記憶媒体は、ハードドライブ、ネットワークドライブ、クラウドドライブ、モバイルフォン、または同様なものを含んでもよいが、それに限定されない。   In one embodiment, step 202 may include receiving a patient-specific vascular model of a patient's anatomical structure and a patient-specific target tissue model stored in an electronic storage medium of storage system 106. An "electronic storage medium" may include a hard drive, a network drive, a cloud drive, a mobile phone, a tablet, or the like, which may or may not be affixed to the display screen. But it is not limited to it. In particular, receiving a patient-specific vascular model and a patient-specific target tissue model may include generating a patient-specific blood vessel model and / or a patient-specific target tissue model at server system 106 or an electronic network (eg, Receiving the patient-specific vascular model and / or the patient-specific target tissue model through the electronic network 101). The patient-specific vascular model and the patient-specific target tissue model may include a cardiovascular model of a particular patient. In one embodiment, the blood vessel model and the target tissue model are one or more available imaging or scanning modalities (eg, computed tomography (CT) scans and / or magnetic resonance imaging (MRI) It may be derived from the image of the person who is acquired by). For example, step 202 may include receiving CT and MRI images of a human heart. Step 202 may further include generating a patient-specific cardiovascular model for the particular person from the received images. Electronic storage media may include, but is not limited to, a hard drive, a network drive, a cloud drive, a mobile phone, or the like.

一実施形態において、ステップ204及び206は、1つまたは複数の患者固有の生理的パラメータを受信または計算することを含んでもよい。これらの患者固有の生理的パラメータは、受信された血管モデル及び/またはターゲット組織モデルから受信または計算されてもよい。これらの患者固有の生理的パラメータは、解剖学的特性、画像特性、ならびに、患者及び/または患者の解剖学的構造に関連する2次特性(例えば、患者特性、疾病負荷特性、及び電気機械的測定値)を含んでもよい。患者固有の生理的パラメータは、同様に、1つまたは複数の生理的状態下における、ターゲット組織の各エリアに対する血液供給の推定量及び/または血流特性を含む、血液循環に関連するパラメータを含んでもよい。   In one embodiment, steps 204 and 206 may include receiving or calculating one or more patient specific physiological parameters. These patient specific physiological parameters may be received or calculated from the received vessel model and / or target tissue model. These patient-specific physiological parameters include anatomical characteristics, imaging characteristics, and secondary characteristics associated with the patient and / or patient anatomy (eg, patient characteristics, disease load characteristics, and electromechanical characteristics). Measurement values may be included. Patient-specific physiological parameters also include parameters related to blood circulation, including estimated amounts of blood supply and / or blood flow characteristics for each area of target tissue, under one or more physiological conditions. May be.

特に、ステップ204は、1つまたは複数の生理的状態下において、1つまたは複数の解剖学的特性、画像特性、患者特性、疾病負荷特性、及び/または電気機械的測定値を受信または計算することを含んでもよい。生理的状態の1つの事例は、安静時状態であってもよい。別の生理的状態は、安静時状態以外の生理的状態または「アクティブな(active)」生理的状態であってもよい。アクティブな生理的状態は、うっ血、種々の運動レベル、食後、位置(例えば、背臥位−直立)、重力(例えば、Gフォース、ゼロ重力等)、またはその組合せを含んでもよい。一実施形態において、患者固有の生理的パラメータは、血管モデル及び/またはターゲット組織モデル以外のソースから取得されてもよい。   In particular, step 204 receives or calculates one or more anatomical characteristics, image characteristics, patient characteristics, disease load characteristics, and / or electromechanical measurements under one or more physiological conditions. May be included. One instance of a physiological condition may be a resting condition. Another physiological condition may be a physiological condition other than the resting condition or an "active" physiological condition. Active physiological conditions may include congestion, various exercise levels, postprandial, position (eg, supine- upright), gravity (eg, G-force, zero gravity, etc.), or a combination thereof. In one embodiment, patient-specific physiological parameters may be obtained from sources other than vascular models and / or target tissue models.

一実施形態において、ステップ206は、1つまたは複数の生理的状態下において、ターゲット組織の各エリアまたは血管網内の各血管に対する被推定供給血液及び/または被推定血流特性を受信または計算することを含んでもよい。これらの推定は、(例えば、撮像を通して測定することによる)測定に基づいてもよい、または、(例えば、3Dシミュレーション、1Dシミュレーション、または学習された関係に基づく)安静時状態における供給血液の推定によってもよい。   In one embodiment, step 206 receives or calculates estimated blood supply and / or estimated blood flow characteristics for each blood vessel in each area or network of target tissue under one or more physiological conditions. May be included. These estimates may be based on measurements (e.g. by measuring through imaging) or by estimation of the supplied blood in a resting state (e.g. based on 3D simulations, 1D simulations or learned relationships) It is also good.

一実施形態において、ステップ208は、連結事前情報を使用して、血管モデルの血管またはターゲット組織モデル内のエリア内の灌流の推定量を決定または出力することを含んでもよい。連結事前情報は、ステップ204及び206にて決定された1つまたは複数の受信済みの患者固有の生理的パラメータ(例えば、受信済みのまたは計算済みの医療画像特性、解剖学的特性、ターゲット組織に対する血液供給、血流特性、患者特性、疾病負荷特性、電気機械的測定値等)を指してもよい。一実施形態において、灌流の推定量を決定することは、人が所与の生理的状態にある間に、人の血管モデルの1つまたは複数の血管場所における供給血液の推定量を決定することを含んでもよい。この決定は、同様に、(例えば、撮像による)血流の測定に基づいてもよい、または、(例えば、3Dシミュレーション、1Dシミュレーション、または学習された関係に基づく)安静時状態における血流の推定によってもよい。一実施形態において、ステップ208は、血管モデルに関連するターゲット組織の灌流テリトリの推定量を計算することを含んでもよい。この推定量は、血管モデルにおいてターゲット組織内の場所を、最も近い供給血管に割当てる最近傍(例えば、ボロノイ図)アプローチを使用することによって決定されてもよい。推定量は、同様に、例えば、制約付き構築的最適化アプローチ(constrained constructive optimization approach)を使用することによって、解剖学的モデルからの微小血管推定技法を使用して決定されてもよい。一実施形態において、ステップ208は、プロセッサによって実施されてもよい。プロセッサは、機械学習によって、1つまたは複数の生理的状態において、血管モデル内のターゲット組織の1つまたは複数の場所における灌流を推定してもよい。一実施形態において、ステップ208は、灌流の推定量を、電子記憶媒体(例えば、ハードディスク、ネットワークドライブ、可搬型ディスク、スマートフォン、タブレット等)及び/またはディスプレイスクリーンに出力することを更に含んでもよい。一実施形態において、出力される灌流推定量は、2Dまたは3Dにおいてグレースケールまたはカラーで表示されてもよい。計算済みの灌流推定量は、ターゲット組織の解剖学的モデル上に重ねられてもよい、及び/または、ターゲット組織の画像上に重ねられてもよい。   In one embodiment, step 208 may include using linked prior information to determine or output an estimated amount of perfusion in the blood vessel of the blood vessel model or an area in the target tissue model. The connected prior information may be for one or more received patient-specific physiological parameters (eg, received or calculated medical image characteristics, anatomical characteristics, target tissue) determined at steps 204 and 206. Blood supply, blood flow characteristics, patient characteristics, disease load characteristics, electromechanical measurements, etc.) may also be referred to. In one embodiment, determining an estimated amount of perfusion comprises determining an estimated amount of blood supply in one or more blood vessel locations of a human blood vessel model while the person is at a given physiological condition. May be included. This determination may also be based on measurement of blood flow (e.g. by imaging) or estimation of blood flow in resting state (e.g. based on 3D simulation, 1D simulation or learned relationships) It is also good. In one embodiment, step 208 may include calculating an estimate of perfusion territory of the target tissue associated with the vascular model. This estimate may be determined by using a nearest neighbor (e.g., Voronoi diagram) approach that assigns a location in the target tissue to the closest supply vessel in the vessel model. Estimators may likewise be determined using microvessel estimation techniques from anatomical models, for example by using a constrained constructive optimization approach. In one embodiment, step 208 may be performed by a processor. The processor may estimate perfusion at one or more locations of the target tissue in the blood vessel model at one or more physiological conditions by machine learning. In one embodiment, step 208 may further include outputting an estimated amount of perfusion to an electronic storage medium (eg, hard disk, network drive, portable disk, smartphone, tablet, etc.) and / or a display screen. In one embodiment, the output perfusion estimate may be displayed in 2D or 3D in grayscale or in color. The calculated perfusion estimate may be superimposed on the anatomical model of the target tissue and / or may be superimposed on the image of the target tissue.

一実施形態において、ステップ210は、1つまたは複数の生理的状態においてSPECTまたはPETスキャンをシミュレートするために設計された仮想灌流を推定することを含んでもよい。一実施形態において、推定は、灌流推定量によって与えられる濃度の造影剤をモデル化することによって実施されてもよい。別の実施形態において、前記推定は、仮想コリメータ場所において光子または陽子のコリメーションを推定するモンテカルロシミュレーションを実施することを含んでもよい。コリメータ推定を使用して、SPECTまたはPET画像は、標準的な断層技法を使用して再構築されてもよい。推定される仮想灌流画像は、電気記憶媒体に保存されてもよい、及び/または、モニター上に表示されてもよい。   In one embodiment, step 210 may include estimating virtual perfusion designed to simulate a SPECT or PET scan in one or more physiological conditions. In one embodiment, the estimation may be performed by modeling the concentration of contrast agent given by the perfusion estimate. In another embodiment, the estimation may include performing a Monte Carlo simulation that estimates collimation of photons or protons at virtual collimator locations. Using collimator estimation, SPECT or PET images may be reconstructed using standard tomographic techniques. The estimated virtual perfusion image may be stored on an electrical storage medium and / or displayed on a monitor.

図3は、心血管疾患の診断または処置を導くため心臓灌流を推定するための方法300の例示的な実施形態を示す。図3の方法は、電子ネットワーク101を通じて医師102及び/または第3者プロバイダ104から受信される情報、画像、及びデータに基づいてサーバシステム106によって実施されてもよい。   FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a method 300 for estimating cardiac perfusion to guide the diagnosis or treatment of cardiovascular disease. The method of FIG. 3 may be implemented by server system 106 based on information, images, and data received from physician 102 and / or third party provider 104 through electronic network 101.

一実施形態において、ステップ302は、記憶システム106の電子記憶媒体内の患者解剖学的構造の少なくともターゲット組織の患者固有の血管モデルを含んでもよい。特に、患者固有の解剖学的モデルを受信することは、サーバシステム106において解剖学的モデルを生成すること、または、電子ネットワーク(例えば、電子ネットワーク101)を通じて解剖学的モデルを受信することを含んでもよい。患者固有の解剖学的モデルは、特定の人の心血管モデルを含んでもよい。一実施形態において、解剖学的モデルは、1つまたは複数の利用可能な撮像またはスキャンモダリティ(例えば、CTスキャン及び/または磁気共鳴撮像)によって採取されるその人の画像から導出されてもよい。例えば、ステップ302は、人の心臓のCT及び/またはMRI画像を受信することを含んでもよい。ステップ302は、受信された画像から、特定の人についての患者固有の心血管モデルを生成することを更に含んでもよい。電子記憶媒体は、ハードドライブ、ネットワークドライブ、クラウドドライブ、モバイルフォン、タブレット、または同様なものを含んでもよいが、それに限定されない。   In one embodiment, step 302 may include a patient-specific blood vessel model of at least target tissue of a patient anatomical structure in the electronic storage medium of storage system 106. In particular, receiving a patient-specific anatomical model includes generating the anatomical model at server system 106 or receiving the anatomical model via an electronic network (eg, electronic network 101) May be. The patient-specific anatomical model may include a particular human cardiovascular model. In one embodiment, the anatomical model may be derived from an image of the person acquired by one or more available imaging or scanning modalities (eg, CT scan and / or magnetic resonance imaging). For example, step 302 may include receiving a CT and / or MRI image of a human heart. Step 302 may further include generating a patient-specific cardiovascular model for a particular person from the received images. Electronic storage media may include, but is not limited to, a hard drive, a network drive, a cloud drive, a mobile phone, a tablet, or the like.

一実施形態において、ステップ304は、ターゲット組織の解剖学的特性の1つまたは複数の推定量を計算することを含んでもよい。解剖学的特性は、血管サイズ、血管形状、屈曲度、厚さ、及び/または血管組織または血管網内の被推定灌流テリトリを含むが、それに限定されない。この計算は、(例えば、撮像を通して測定することによる)測定に基づいてもよい、または、(例えば、3Dシミュレーション、1Dシミュレーション、または学習された関係に基づく)安静時状態における解剖学的特性の推定によってもよい。   In one embodiment, step 304 may include calculating one or more estimators of the anatomical characteristics of the target tissue. Anatomical properties include, but are not limited to, vessel size, vessel shape, tortuosity, thickness, and / or estimated perfusion territory within the vascular tissue or vascular network. This calculation may be based on measurements (e.g. by measuring through imaging) or estimation of anatomical properties in resting state (e.g. based on 3D simulations, 1D simulations or learned relationships) It is also good.

一実施形態において、ステップ306は、ターゲット組織の1つまたは複数の画像特性を受信することを含んでもよい。画像特性は、CTスキャン画像、MRI画像、超音波画像、PET画像、またはSPECT画像から取得されてもよい。画像は、1つまたは複数の生理的状態(例えば、安静、ストレス、アクティブ)において血管モデルを取込んでもよい。ターゲット組織または血管の画像特性は、血管モデル内の1つまたは複数の場所で受信または計算されてもよい。画像特性は、1つまたは複数の画像分解能における局所平均強度、(例えば、ハールウェーブレットを使用してウェーブレットベースによって計算される)平均強度の差、テクスチャ特性(例えば、ハラリックテクスチャ特徴)、及び、任意の標準的な画像特徴であって、ヒストグラム、勾配、SIFT、またはスティーラブルフィルタ等を含む、任意の標準的な画像特徴を含んでもよいが、それに限定されない。   In one embodiment, step 306 may include receiving one or more image characteristics of the target tissue. Image characteristics may be obtained from CT scan images, MRI images, ultrasound images, PET images, or SPECT images. The image may capture a vascular model at one or more physiological conditions (eg, rest, stress, active). Image characteristics of the target tissue or blood vessel may be received or calculated at one or more locations in the blood vessel model. Image characteristics include local average intensity at one or more image resolutions, difference in average intensity (e.g., calculated by wavelet based using Haar wavelets), texture characteristics (e.g., Halalic texture features), and Any standard image feature may include, but is not limited to, any standard image feature, including histograms, gradients, SIFTs, or steerable filters and the like.

一実施形態において、ステップ308は、患者特性を受信することを含んでもよい。患者特性は、年齢、性別、喫煙履歴、身長、体重、糖尿病状態、高血圧状態、民族的状態、家族履歴、血液型、薬物使用の前歴、及び/または遺伝的履歴を含んでもよいが、それに限定されない。患者特性は、電子ネットワーク100を介してまたは患者の医師102からまたは第3者プロバイダ103から取得されてもよい。   In one embodiment, step 308 may include receiving a patient characteristic. Patient characteristics may include, but are limited to: age, gender, smoking history, height, weight, diabetes status, hypertension status, ethnic status, family history, blood type, history of drug use, and / or genetic history I will not. Patient characteristics may be obtained via the electronic network 100 or from the patient's doctor 102 or from a third party provider 103.

一実施形態において、ステップ310は、血管またはターゲット組織疾患特性を受信することを含んでもよい。ターゲット組織疾患特性は、動脈内のプラーク蓄積の存在及び程度、プラーク特性(例えば、微小石灰化、低吸収プラーク、ナプキンリングサイン、ポジティブリモデリング)の存在、患者レベルまたは血管レベルカルシウムスコア、組織生存情報、血管壁運動、血管壁厚、及び/または駆出率情報を含んでもよいが、それに限定されない。   In one embodiment, step 310 may include receiving a blood vessel or target tissue disease property. Target tissue disease characteristics include the presence and degree of plaque accumulation in arteries, the presence of plaque characteristics (eg, microcalcifications, low absorption plaques, napkin ring signatures, positive remodeling), patient level or vascular level calcium score, tissue survival It may include, but is not limited to, information, vessel wall motion, vessel wall thickness, and / or ejection fraction information.

一実施形態において、ステップ312は、電気機械的測定値を受信することを含んでもよい。電気機械的測定値は、心電図記録法(ECG:electrocardiography)測定値、または、侵襲的電気生理学(EP:electrophysiology)測定値を含んでもよいが、それに限定されない。   In one embodiment, step 312 may include receiving an electromechanical measurement. The electro-mechanical measurements may include, but are not limited to electrocardiography (ECG) measurements or invasive electrophysiology (EP) measurements.

一実施形態において、ステップ314は、1つまたは複数の生理的状態下でのターゲット組織の各エリアに対する供給血液の推定量を計算することを含んでもよい。第1の生理的状態の1つの事例は、安静時状態であってよい。この計算は、(例えば、撮像を通して測定することによる)測定に基づいてもよい、または、(例えば、3次元(3D)シミュレーション、1次元(1D)シミュレーション、または学習された関係に基づく)安静時状態における供給血液の推定によってもよい。別の生理的状態は、安静時状態以外の生理的状態または「アクティブな」生理的状態であってもよい。こうした生理的状態の1つの事例は、うっ血を含んでもよい。他の非安静時生理的状態は、種々のレベルの運動、食後、位置(例えば、背臥位−直立)、重力(例えば、Gフォース、ゼロ重力等)を含んでもよい。   In one embodiment, step 314 may include calculating an estimate of the blood supply for each area of target tissue under one or more physiological conditions. One instance of the first physiological condition may be a resting condition. This calculation may be based on measurements (e.g. by measuring through imaging) or at rest (e.g. based on three-dimensional (3D) simulation, one-dimensional (1D) simulation or learned relationships) It is also possible to estimate the blood supply in the condition. Another physiological condition may be a physiological condition other than the resting condition or an "active" physiological condition. One instance of such a physiological condition may involve congestion. Other non-resting physiological states may include various levels of movement, postprandial, position (eg, supine- upright), gravity (eg, G-force, zero gravity, etc.).

一実施形態において、ステップ316は、ターゲット組織の1つまたは複数の血流特性を計算することを含んでもよい。一実施形態において、血流特性は、血流予備量比(FFR:fractional flow reserve)、流れの方向、及び/または流れの大きさを含んでもよいが、それに限定されず、ターゲット組織に対する血流の推定量によって決定される。一実施形態において、血流特性は、侵襲的測定(例えば、侵襲的FFR、心筋梗塞の血栓溶解(TIMI:thrombosis in myocardial infarction)、またはマイクロスフィア)、血流シミュレーションモデルを使用する計算(例えば、3Dまたは1D流体シミュレーションモデル、計算、またはTAFE)、撮像特性を使用する計算(例えば、TAGまたはCCO)、または解剖学的または撮像特徴に基づく血液供給の機械学習推定量を使用する計算を含むが、それに限定されない、幾つかの手段によって計算されてもよい。一実施形態において、ステップ316は、血管モデルに関連するターゲット組織の灌流テリトリ内の血流の推定量を計算することを含んでもよい。この推定量は、血管モデルにおいてターゲット組織内の場所を最も近い供給血管に割当てる最近傍(例えば、ボロノイ図)アプローチを使用することによって決定されてもよい。推定量は、同様に、例えば、制約付き構築的最適化アプローチを使用することによって、解剖学的モデルからの微小血管推定技法を使用して決定されてもよい。一実施形態において、ステップ316は、プロセッサによって実施されてもよい。プロセッサは、機械学習によって、1つまたは複数の生理的状態において、血管モデル内のターゲット組織の1つまたは複数の場所における灌流を推定してもよい。   In one embodiment, step 316 may include calculating one or more blood flow characteristics of the target tissue. In one embodiment, the blood flow characteristics may include, but are not limited to, flow reserve ratio (FFR), flow direction, and / or flow size, but not limited to, blood flow to target tissue It is determined by the estimate of In one embodiment, blood flow characteristics are calculated using invasive measurements (eg, invasive FFR, thrombosis in myocardial infarction (TIMI), or microspheres), a blood flow simulation model (eg, Including 3D or 1D fluid simulation models, calculations, or calculations using TAFE), calculations using imaging properties (eg TAG or CCO), or calculations using machine learning estimators of blood supply based on anatomical or imaging features It may be calculated by several means, not limited thereto. In one embodiment, step 316 may include calculating an estimate of blood flow within the perfusion territory of the target tissue associated with the vascular model. This estimator may be determined by using the nearest neighbor (eg, Voronoi diagram) approach of assigning a location in the target tissue to the closest supply vessel in the vessel model. Estimators may also be determined using microvessel estimation techniques from anatomical models, for example by using a constrained constructive optimization approach. In one embodiment, step 316 may be performed by a processor. The processor may estimate perfusion at one or more locations of the target tissue in the blood vessel model at one or more physiological conditions by machine learning.

一実施形態において、ステップ318は、プロセッサを使用して、血管モデルに関連するターゲット組織内の1つまたは複数の場所における灌流の推定量を計算することを含んでもよい。灌流の推定量は、患者固有の生理的パラメータ(例えば、画像特性、解剖学的特性、被推定血液供給、被推定血流特性、被推定灌流テリトリ、患者特性、疾病負荷特性、及び/または電気機械的測定値)の1つまたは複数を使用して、1つまたは複数の生理的状態について計算されてもよい。一実施形態において、この計算は、画像特性、解剖学的特性、被推定灌流テリトリ、疾病負荷特性、及び/または電気機械的測定値を含むが、それに限定されない、既知の灌流特性及び既知の患者固有の生理的パラメータを有する患者のデータベースを使用して機械学習アルゴリズムを訓練することによって実施されてもよい。一実施形態において、ステップ318は、プロセッサを使用して実施されてもよい。   In one embodiment, step 318 may include using a processor to calculate an estimated amount of perfusion at one or more locations in the target tissue associated with the vascular model. The estimated amount of perfusion may be patient-specific physiological parameters (eg, image characteristics, anatomical characteristics, estimated blood supply, estimated blood flow characteristics, estimated perfusion territory, patient characteristics, disease load characteristics, and / or electricity. One or more of the mechanical measurements) may be used to calculate one or more physiological conditions. In one embodiment, this calculation includes known perfusion characteristics and known patients including, but not limited to, imaging characteristics, anatomical characteristics, estimated perfusion territory, disease loading characteristics, and / or electromechanical measurements. It may be implemented by training a machine learning algorithm using a database of patients having unique physiological parameters. In one embodiment, step 318 may be implemented using a processor.

一実施形態において、ステップ320は、灌流の推定量を、電子記憶媒体(例えば、ハードディスク、ネットワークドライブ、可搬型ディスク、スマートフォン、タブレット等)及び/またはディスプレイスクリーンに出力することを含んでもよい。一実施形態において、出力される灌流推定量は、2Dまたは3Dにおいてグレースケールまたはカラーで表示されてもよい。一実施形態において、出力される灌流推定量は、ターゲット組織の解剖学的モデル上に重ねられてもよいまたはスーパーインポーズされてもよい、及び/または、ターゲット組織の画像上に重ねられてもよいまたはスーパーインポーズされてもよい。一実施形態において、この決定は、既知の灌流特性及び既知の患者固有の生理的パラメータを有する患者のデータベースを使用して機械学習アルゴリズムを訓練することによって実施されてもよい。一実施形態において、灌流推定量が使用されて、患者の生理的状態の1つまたは複数におけるSPECTまたはPET画像をシミュレートするように設計される仮想灌流画像を推定してもよい。一実施形態において、仮想灌流画像は、電子記憶デバイスに保存されてもよい、及び/または、ディスプレイに出力されてもよい。仮想灌流画像の推定は、灌流推定量によって与えられる濃度の造影剤画像をモデル化すること、複数の仮想コリメータ場所において光子または陽子のコリメーションを推定するモンテカルロシミュレーションを実施すること、及び/または、標準的な断層撮影技法を使用してSPECTまたはPET画像を再構築するコリメータ推定を使用することによって実施されてもよい。被推定仮想灌流画像は、読影可能性及び設計がSPECTまたはPETスキャン画像と同様であってよく、したがって、医師は、被推定灌流画像を解析する方法に精通している場合がある。   In one embodiment, step 320 may include outputting an estimated amount of perfusion to an electronic storage medium (eg, hard disk, network drive, portable disk, smart phone, tablet, etc.) and / or a display screen. In one embodiment, the output perfusion estimate may be displayed in 2D or 3D in grayscale or in color. In one embodiment, the output perfusion estimate may be superimposed or superimposed on an anatomical model of the target tissue, and / or may be superimposed on an image of the target tissue It may be good or superimposed. In one embodiment, this determination may be performed by training a machine learning algorithm using a database of patients with known perfusion characteristics and known patient-specific physiological parameters. In one embodiment, the perfusion estimate may be used to estimate a virtual perfusion image designed to simulate a SPECT or PET image in one or more of the patient's physiological conditions. In one embodiment, the virtual perfusion image may be stored on an electronic storage device and / or output to a display. The estimation of the virtual perfusion image may be performed by modeling a contrast agent image of the concentration given by the perfusion estimate, performing Monte Carlo simulations to estimate the collimation of photons or protons at multiple virtual collimator locations, and / or standard May be performed using collimator estimation to reconstruct SPECT or PET images using conventional tomography techniques. The estimated virtual perfusion image may be similar in readability and design to a SPECT or PET scan image, so a physician may be familiar with how to analyze the estimated perfusion image.

方法200及び300の先に挙げたステップが使用されて、種々の組織における灌流を推定してもよい。種々の組織は、冠血管モデルを使用する心筋、脳血管モデル使用する脳、末梢血管モデル使用する筋肉組織、肝血管モデル使用する肝臓、腎血管モデル使用する腎臓、内臓血管モデル使用する腸を含むが、それに限定されず、また、他の器官において、ターゲット器官に血液を供給する血管についての血管モデルを使用する脾臓及び膵臓を含む。   The above-listed steps of methods 200 and 300 may be used to estimate perfusion in various tissues. Various tissues include cardiac muscle using coronary blood vessel model, brain using cerebral blood vessel model, muscle tissue using peripheral blood vessel model, liver using liver blood vessel model, kidney using renal blood vessel model, kidney using visceral blood vessel model using intestine However, the present invention is not limited thereto, and also includes spleen and pancreas using a blood vessel model for blood vessels supplying blood to a target organ in other organs.

一実施形態において、灌流推定量が同様に使用されて、血流特性のシミュレーションまたは推定を実施するため、より正確な境界条件を使用することによって血流シミュレーションを向上させてもよい。   In one embodiment, perfusion estimates may also be used to improve blood flow simulation by using more accurate boundary conditions to perform simulation or estimation of blood flow characteristics.

一実施形態において、処置計画及び診断は、入力情報(例えば、血管モデル、組織モデル、患者固有の生理的パラメータ等)を仮想的に変更し、変更済み入力に基づいてターゲット組織内の灌流に対する影響を予測することによって改善されてもよい。   In one embodiment, the treatment plan and diagnosis virtually alter the input information (eg, vascular model, tissue model, patient specific physiological parameters, etc.) and influence the perfusion in the target tissue based on the modified input. It may be improved by predicting the

図4は、1つまたは複数の生理的状態において、ターゲット組織内の1つまたは複数の場所における灌流の推定量を決定するため、機械学習アルゴリズムを訓練するための方法400の例示的な実施形態を示す。図4の方法は、電子ネットワーク101を通じて医師102及び/または第3者プロバイダ104から受信される情報、画像、及びデータに基づいてサーバシステム106によって実施されてもよい。   FIG. 4 illustrates an example embodiment of a method 400 for training a machine learning algorithm to determine an estimated amount of perfusion at one or more locations in target tissue at one or more physiological conditions. Indicates The method of FIG. 4 may be implemented by server system 106 based on information, images, and data received from physician 102 and / or third party provider 104 through electronic network 101.

一実施形態において、ステップ402は、血管及び/またはターゲット組織モデルにおける1つまたは複数の場所の患者固有の生理的パラメータならびにそれらの場所における被推定または被測定灌流データの一方または両方を含むデータベースを組立てることを含んでもよい。「患者固有の生理的パラメータ(patient−specific physiological parameter)」は、受信されるまたは計算される医療画像特性、解剖学的特性、灌流テリトリ、ターゲット組織に対する血液供給、血流特性、患者特性、疾病負荷特性、及び電気機械的測定値の1つまたは複数を指してもよい。場所は、患者固有の血管及び/またはターゲット組織モデル、または、PET、SPECT、MR灌流、及び/またはCT灌流を含むが、それに限定されない、1つまたは複数の利用可能な撮像またはスキャンモダリティから取得される画像からのものであってよい。   In one embodiment, step 402 includes a database including patient-specific physiological parameters of one or more locations in the blood vessel and / or target tissue model and one or both of estimated or measured perfusion data at those locations. It may include assembling. “Patient-specific physiological parameters” are medical image properties received or calculated, anatomical characteristics, perfusion territory, blood supply to target tissue, blood flow characteristics, patient characteristics, disease It may refer to one or more of load characteristics and electromechanical measurements. Locations may be obtained from one or more of the available imaging or scanning modalities including, but not limited to, patient-specific vascular and / or target tissue models or PET, SPECT, MR perfusion, and / or CT perfusion. From the image being

一実施形態において、ステップ404は、血管及び/またはターゲット組織モデルの1つまたは複数の場所における1つまたは複数の患者固有の生理的パラメータを、こうした場所における灌流データにマッピングするために、機械学習アルゴリズムを訓練することを含んでもよい。機械学習アルゴリズムは、多層パーセプトロン、深層学習、サポートベクターマシン、ランダムフォレスト、k最近傍、ベイズネットワーク等を含むが、それに限定されない、多くの形態をとってもよい。   In one embodiment, step 404 is machine learning to map one or more patient specific physiological parameters in one or more locations of the blood vessel and / or target tissue model to perfusion data in such locations. It may include training an algorithm. Machine learning algorithms may take many forms, including, but not limited to, multi-layer perceptrons, deep learning, support vector machines, random forests, nearest neighbors, Bayesian networks, and the like.

一実施形態において、ステップ406は、訓練済み機械学習アルゴリズムを、新しい患者から取得された血管及び/またはターゲット組織モデルの患者固有の生理的パラメータのセットに適用することであって、それにより、1つまたは複数の場所における灌流データを推定する、適用することを含んでもよい。   In one embodiment, step 406 applies the trained machine learning algorithm to a set of patient specific physiological parameters of the blood vessel and / or target tissue model obtained from the new patient, thereby: Estimating, applying perfusion data at one or more locations may be included.

図5は、本開示の例示的な実施形態による、血管幾何形状及び生理的情報から患者固有の血流特性を推定するための例示的な方法のブロック図である。図5の方法は、電子ネットワーク100を通じて医師102及び/または第3者プロバイダ104から受信される情報に基づいてサーバシステム106によって実施されてもよい。   FIG. 5 is a block diagram of an exemplary method for estimating patient-specific blood flow characteristics from vascular geometry and physiological information according to an exemplary embodiment of the present disclosure. The method of FIG. 5 may be implemented by server system 106 based on information received from physician 102 and / or third party provider 104 through electronic network 100.

一実施形態において、図5の方法は、多数の患者からの患者固有の生理的パラメータ及び被測定または被推定灌流特性に基づいて1つまたは複数の機械学習アルゴリズムを訓練するための訓練方法502、及び、特定の患者の灌流特性を予測するため機械学習アルゴリズムを使用するための生成方法504を含んでもよい。   In one embodiment, the method of FIG. 5 is a training method 502 for training one or more machine learning algorithms based on patient specific physiological parameters from multiple patients and measured or estimated perfusion characteristics. And, a generation method 504 may be included to use a machine learning algorithm to predict the perfusion characteristics of a particular patient.

一実施形態において、訓練方法502は、複数の個人のそれぞれについて、(a)患者固有の幾何学的モデル、(b)1つまたは複数の測定されるまたは推定される患者固有の生理的パラメータ、及び、(c)灌流特性の値を、例えば、デジタル形式で採取することを含んでもよい。訓練方法502は、その後、それぞれの患者モデル内の1つまたは複数のポイントについて、患者の生理的パラメータの特徴ベクトルを作成すること、及び、特徴ベクトルを灌流特性の値に関連付けることを含んでもよい。訓練方法502は、その後、(例えば、サーバシステム106の処理デバイスを使用して)機械学習アルゴリズムを訓練して、特徴ベクトル及び被推定灌流特性に基づいて、幾何学的モデルの各ポイントにおける灌流を予測してもよい。訓練方法502は、その後、特徴体重を含む機械学習アルゴリズムの結果を、サーバシステム106の記憶デバイスに保存してもよい。記憶される特徴体重は、患者固有の生理的パラメータ及び/または解剖学的幾何形状が、或る灌流特性を予測する程度を規定してもよい。   In one embodiment, the training method 502 comprises (a) a patient-specific geometric model, (b) one or more measured or estimated patient-specific physiological parameters, for each of a plurality of individuals. And (c) collecting values of perfusion characteristics, for example in digital form. The training method 502 may then include, for one or more points in each patient model, creating a feature vector of the patient's physiological parameters and associating the feature vector with the value of the perfusion characteristic. . The training method 502 then trains a machine learning algorithm (e.g., using the processing device of the server system 106) to perfuse at each point of the geometric model based on the feature vectors and estimated perfusion characteristics. It may be predicted. The training method 502 may then store the results of the machine learning algorithm, including the feature weights, in a storage device of the server system 106. The stored feature weights may define the degree to which patient specific physiological parameters and / or anatomical geometries predict certain perfusion characteristics.

別の実施形態において、訓練方法502は、複数人の患者について計算流体力学(CFD:computational fluid dynamics)を使用して生成されるFFR推定量に基づいて実施されてもよい。訓練方法502は、その後、被推定FFR値を患者の幾何学的モデル内の全てのポイントに関連付けること、及び、その後、患者固有の生理的パラメータの特徴ベクトルを生成すること、及び、特徴ベクトルをFFR推定量に関連付けることを含んでもよい。訓練方法502は、その後、(例えば、サーバシステム106の処理デバイスを使用して)機械学習アルゴリズムを訓練して、特徴ベクトル及び被推定FFRに基づいて、幾何学的モデルの各ポイントにおける灌流を予測してもよい。   In another embodiment, training method 502 may be performed based on FFR estimators generated using computational fluid dynamics (CFD) for multiple patients. The training method 502 then associates the estimated FFR values with all points in the patient's geometric model, and then generates a feature vector of patient-specific physiological parameters, and a feature vector. It may include associating with FFR estimators. The training method 502 then trains a machine learning algorithm (e.g., using the processing device of the server system 106) to predict perfusion at each point in the geometric model based on the feature vectors and the estimated FFR. You may

一実施形態において、生成方法504は、訓練方法502を実行する結果に基づいて、特定の患者について灌流特性を推定することを含んでもよい。一実施形態において、生成方法504は、(a)患者固有の幾何学的モデル及び(b)1つまたは複数の測定されるまたは推定される患者固有の生理的パラメータを、例えば、デジタル形式で採取することを含んでもよい。患者固有の幾何学的モデル内の複数のポイントについて、生成方法504は、訓練モードで使用される患者固有の生理的パラメータの特徴ベクトルを作成することを含んでもよい。生成方法504は、その後、機械学習アルゴリズムの保存結果を使用して、患者固有の幾何学的モデル内の各ポイントについて、患者の灌流特性の推定量を生成してもよい。最後に、生成方法504は、被予測灌流特性を含む機械学習アルゴリズムの結果を、サーバシステム106の記憶デバイスに保存することを含んでもよい。   In one embodiment, generation method 504 may include estimating perfusion characteristics for a particular patient based on the results of performing training method 502. In one embodiment, generation method 504 may, for example, digitally capture (a) a patient-specific geometric model and (b) one or more measured or estimated patient-specific physiological parameters. You may include doing. For multiple points in the patient-specific geometric model, generation method 504 may include creating a feature vector of patient-specific physiological parameters used in the training mode. The generation method 504 may then use the saved results of the machine learning algorithm to generate an estimate of the patient's perfusion characteristics for each point in the patient-specific geometric model. Finally, the generation method 504 may include storing the results of the machine learning algorithm, including the predicted perfusion characteristics, in a storage device of the server system 106.

本発明の他の実施形態は、本明細書の考察及び本明細書で開示される本発明の実施から当業者に明らかになる。本明細書及び実施例が単に例示的であるとして考えられ、本発明の真の範囲及び精神が添付請求の範囲によって示されることが意図される。   Other embodiments of the invention will be apparent to those skilled in the art from consideration of the specification and practice of the invention disclosed herein. It is intended that the specification and examples be considered as exemplary only, with the true scope and spirit of the invention being indicated by the following claims.

Claims (20)

患者の解剖学的構造を通る血液の灌流の患者固有のを推定するためのコンピュータ実装式方法であって、
患者の血管の患者固有の血管モデル及び前記血管により灌流させられるターゲット組織の患者固有の組織モデルを受信すること
前記患者の1つまたは複数の生理的状態において前記患者固有の血管モデルまたは前記患者固有の組織モデルから前記患者の1つまたは複数の生理的パラメータの患者固有のデータを受信または計算すること
前記1つまたは複数の生理的パラメータの前記患者固有のデータ、及び、複数の個人の前記1つまたは複数の生理的パラメータの測定されたデータ前記複数の個人の組織を通る血液の灌流の特性の測定されたデータにマッピングするように訓練される機械学習アルゴリズムを使用して、前記患者固有の組織モデルを通る血液の灌流の特性を推定すること
血液の灌流の前記推された特性を電子ディスプレイに出力すること
を含むコンピュータ実装式方法。
A computer-implemented method for estimating a patient-specific value of blood perfusion through a patient's anatomy, comprising:
Receiving a patient-specific tissue model of the target tissue to be perfused by the blood vessel of a patient-specific blood vessel model and the blood vessel of a patient,
And receiving or calculating a patient-specific data of one or more of one or more raw physical parameter of the patient from the patient-specific blood vessel model or the patient-specific tissue models in physiological state of the patient ,
Wherein the patient-specific data of one or more physiological parameters, and a plurality of the one or more physiological parameters characteristic of the measured perfusion of blood through the plurality of individual tissue data of individuals and that the measured using a machine learning algorithm trained to map to the data to estimate the characteristics of the irrigation flow of blood through the patient-specific tissue model,
And outputting the pre Ki推 constant properties of irrigation flow of blood electronic display
A computer-implemented method, including :
前記1つまたは複数の生理的パラメータは、1つまたは複数の生理的状態における前記血管または組織の複数の領域に対する被推定または被測定血流を含む、請求項1に記載のコンピュータ実装式方法。 The computer-implemented method of claim 1, wherein the one or more physiological parameters comprise an estimated or measured blood flow to a plurality of regions of the blood vessel or tissue in one or more physiological conditions. 前記1つまたは複数の生理的パラメータは、血管サイズ、血管形状、血管屈曲度、血管長、血管厚、組織もしくは血管網内の血液の灌流の被推定テリトリ、またはその組合せを含むが、それに限定されない、1つまたは複数の解剖学的特性を含む、請求項1に記載のコンピュータ実装式方法。 The one or more physiological parameters, vessel size, blood vessel shape, vascular tortuosity, vessel length, vessel thickness, including tissue or blood of the estimation territory of irrigation flow in the vascular network, or a combination thereof, it The computer-implemented method of claim 1, comprising one or more anatomical characteristics that is not limited. 前記生理的状態は、安静時患者状態、うっ血状態、運動状態、食後状態、重力状態、感情的状態、高血圧の状態、薬剤服用状態、またはその組合せの1つまたは複数を含んでもよい、請求項1に記載のコンピュータ実装式方法。   The physiological condition may include one or more of resting patient condition, congestion condition, exercise condition, postprandial condition, gravity condition, emotional condition, hypertension condition, drug taking condition, or a combination thereof. The computer implemented method according to 1. 血液の灌流の特性は流れの大きさ、流れの方向、またはその組合せの1つまたは複数を含む、請求項1に記載のコンピュータ実装式方法。 Characteristics of irrigation flow blood, the size of the flow, the direction of flow or one or more combinations thereof, computer implemented formula The method of claim 1. 前記1つまたは複数の生理的パラメータは、局所平均強度、テクスチャ特性、標準画像、またはその組合せの1つまたは複数を含む、1つまたは複数の生理的状態におけるターゲット組織または血管モデルの1つまたは複数の画像特性を含む、請求項1に記載のコンピュータ実装式方法。 The one or more physiological parameters include one or more of a target tissue or blood vessel model in one or more physiological conditions, including one or more of local average intensity, texture characteristics, standard images, or a combination thereof. The computer-implemented method of claim 1, comprising a plurality of image characteristics. 前記1つまたは複数の生理的パラメータは、患者特性、ターゲット組織疾患特性、電気機械的測定値、またはその組合せの1つまたは複数を含む複数の2次特性を更に含む、請求項1に記載のコンピュータ実装式方法。 10. The method of claim 1, wherein the one or more physiological parameters further comprise a plurality of secondary characteristics including one or more of patient characteristics, target tissue disease characteristics, electromechanical measurements, or a combination thereof. Computer-implemented method. 前記患者固有の組織モデルを通して血液の灌流の特性を推定することは、1つまたは複数の生理的状態において前記ターゲット組織内の血流を比較することを含む、請求項1に記載のコンピュータ実装式方法。 Wherein estimating the characteristics of the irrigation flow blood through the patient-specific tissue models, in one or more physiological conditions comprises comparing the blood flow of the target tissue, a computer implemented as recited in claim 1 Expression method. 記患者固有の血管モデル及び前記患者固有の組織モデルは、冠血管モデル及び心筋、脳血管モデル及び脳、末梢血管モデル及び筋肉、肝血管モデル及び肝臓、腎血管モデル及び腎臓、内臓血管モデル及び腸、または、任意のターゲット器官及び前記ターゲット器官に血液を供給する血管を有する血管モデルの1つまたは複数を含む、請求項1に記載のコンピュータ実装式方法。 Before Symbol patient-specific blood vessel model and the patient-specific organization model, coronary model and cardiac muscle, brain blood vessel model and brain, peripheral vascular model and muscle, liver blood vessel model and liver, renal vascular model and kidney, visceral blood vessel model and The computer-implemented method of claim 1, comprising one or more of a gut or a blood vessel model having any target organ and a blood vessel supplying the target organ. 血液の灌流の前記推された特性に基づいて前記1つまたは複数の生理的パラメータの前記患者固有のデータを調整すること
血液の灌流の前記推された特性及び前記1つまたは複数の生理的パラメータの調整された患者固有のデータを使用して血流特性シミュレートすること
更に含む、請求項1に記載のコンピュータ実装式方法。
And adjusting the patient-specific data of the one or more physiological parameters based on prior Ki推 constant properties of irrigation flow blood,
And simulating the blood flow characteristics using the adjusted patient specific data to prior Ki推 constant properties and the one or more physiological parameters of irrigation flow blood
The computer-implemented method of claim 1, further comprising:
前記ターゲット組織内の1つまたは複数の場所における1つまたは複数の所望の灌流特性を受信すること
前記ターゲット組織内の前記1つまたは複数の場所における血液の灌の推された特性を、前記1つまたは複数の場所における前記所望の灌流特性と比較すること
前記比較に基づいて、前記1つまたは複数の生理的パラメータの前記患者固有のデータ、患者固有の血管モデルまたは患者固有の織モデルの1つまたは複数を変更すること
を更に含む、請求項1に記載のコンピュータ実装式方法。
Receiving one or more desired perfusion characteristics in one or more locations of the target tissue,
And that said one or estimated properties of the plurality of irrigation flow of blood in place of the target tissue is compared with the desired perfusion characteristics in the one or more locations,
Based on the comparison, the patient-specific data of the one or more physiological parameters, and changing the one or more patient-specific blood vessel model or patient-specific set of Omo del
The computer-implemented method of claim 1, further comprising:
血液の灌流の前記推定された1つまたは複数特性を使用して、1つまたは複数の生理的状態におけるSPECTまたはPETスキャンをシミュレートするように設計される1つまたは複数の仮想灌流画像を推定すること
前記1つまたは複数の仮想灌流画像を電子記憶デバイスに出力すること
を更に含む、請求項1に記載のコンピュータ実装式方法。
Using one or more characteristics of the estimated the irrigation flow blood, one or more virtual perfusion image is designed SPECT or PET scan in one or more physiological conditions to simulate and to estimate the,
And outputting the one or more virtual perfusion image in an electronic storage device
The computer-implemented method of claim 1, further comprising:
患者固有の灌流を推定するためのシステムであって、
血液の灌流の患者固有の特性を決定するための命令を記憶するデータ記憶デバイスと、
プロセッサと
を備え、前記プロセッサは、前記命令を実行することにより方法を実行するように構成されており、
前記方法は
前記患者の血管の患者固有の血管モデル及び前記血管により灌流させられるターゲット組織の患者固有の組織モデルを受信するステップと
前記患者の1つまたは複数の生理的状態において前患者固有の血管モデルまたは前記患者固有の組織モデルから前記患者の1つまたは複数の生理的パラメータの患者固有のデータを受信または計算するステップと
前記1つまたは複数の生理的パラメータの前記患者固有のデータ、及び、複数の個人の前記1つまたは複数の生理的パラメータの測定されたデータを前記複数の個人の組織を通る血液の灌流の特性の測定されたデータにマッピングするように訓練される機械学習アルゴリズムを使用して、前記患者固有の組織モデルを通る血液の灌流の特性を推定するステップと
血液の灌流の前記推された特性をディスプレイに出力するステップと
を含むシステム。
A system for estimating patient-specific perfusion, comprising
A data storage device storing instructions for determining patient specific characteristics of blood perfusion;
Processor and
The processor is configured to perform the method by executing the instructions ;
The method is
Receiving a patient-specific vascular model of the patient's blood vessels and a patient-specific tissue model of target tissue perfused by the blood vessels ;
Receives or calculates one or more of the one or more patient-specific data of the raw physical parameter of the patient from the prior SL patient specific vessel model or the patient-specific tissue model Te physiological condition smell of the patient and the step,
Wherein the patient-specific data of one or more physiological parameters, and a plurality of the one or more physiological parameters characteristic of the measured perfusion of blood through the plurality of individual tissue data of individuals a step of measured using a machine learning algorithm trained to map to the data to estimate the characteristics of the irrigation flow of blood through the patient-specific tissue model,
And outputting the pre Ki推 constant properties of irrigation flow of blood de Isupurei
Including the system.
前記1つまたは複数の生理的パラメータは、1つまたは複数の生理的状態において、以下、
前記血管または組織の複数の領域に対する被推定または被測定血流、
解剖学的特性、
画像特性
患者特性、
ターゲット組織疾患特性、
電気機械的測定値、または
その組合
の1つまたは複数を含む、請求項13に記載のシステム。
The one or more physiological parameters may, in one or more physiological conditions,
An estimated or measured blood flow to a plurality of regions of the blood vessel or tissue;
Anatomical characteristics,
Image characteristics ,
Patient characteristics,
Target tissue disease characteristics,
Electro-mechanical measurement value, or,
To the union
The system of claim 13, comprising one or more of:
前記生理的状態は、安静時患者状態、うっ血状態、運動状態、食後状態、重力状態、感情的状態、高血圧の状態、薬剤服用状態、またはその組合せの1つまたは複数を含む、請求項13に記載のシステム。   14. The physiological condition includes one or more of resting patient condition, congestion condition, exercise condition, postprandial condition, gravity condition, emotional condition, hypertension condition, drug taking condition, or a combination thereof. System described. 血液の灌流の特性は流れの大きさ、流れの方向、またはその組合せの1つまたは複数を含む、請求項13に記載のシステム。 Characteristics of irrigation flow blood, including the flow size, the one or more flow directions, or a combination thereof, The system of claim 13. 前記患者固有の組織モデルを通して血液の灌流の特性を推定することは、1つまたは複数の生理的状態において前記ターゲット組織内の血流を比較することを含む、請求項13に記載のシステム。 Wherein estimating the characteristics of the irrigation flow blood through the patient-specific tissue model comprises comparing the blood flow before Symbol target tissue, one, or more physiological conditions odor of claim 13 system. 記患者固有の血管モデル及び前記患者固有の組織モデルは、
冠血管モデル及び心筋、
脳血管モデル及び脳、
末梢血管モデル及び筋肉、
肝血管モデル及び肝臓、
腎血管モデル及び腎臓、
内臓血管モデル及び腸または、
任意のターゲット器官及び前記ターゲット器官に血液を供給する血管を有する血管モデ
の1つまたは複数を含む、請求項13に記載のシステム。
Before Symbol patient-specific blood vessel model and the patient-specific organization model,
Coronary blood vessel model and myocardium,
Cerebrovascular model and brain,
Peripheral vascular model and muscle,
Liver blood vessel model and liver,
Renal vascular model and kidney,
Visceral vascular model and intestine , or
Vascular model having blood vessels that supply any target organ and the target organ blood
The system of claim 13, comprising one or more of:
血液の灌流の前記推された特性に基づいて前記1つまたは複数の生理的パラメータの前記患者固有のデータを調整すること
血液の灌流の前記推された特性及び前記1つまたは複数の生理的パラメータの調整された患者固有のデータを使用して血流特性シミュレートすること
を更に含む、請求項13に記載のシステム。
And adjusting the patient-specific data of the one or more physiological parameters based on prior Ki推 constant properties of irrigation flow blood,
And simulating the blood flow characteristics using the adjusted patient specific data to prior Ki推 constant properties and the one or more physiological parameters of irrigation flow blood
The system of claim 13, further comprising:
血液の灌流の患者固有の特性を推定するためのコンピュータ実行可能プログラミング命令を含むコンピュータシステム上で使用するための非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記コンピュータ実行可能プログラミング命令は、プロセッサにより実行されると、前記プロセッサに方法を実行させ、
前記方法は、
患者の血管の患者固有の血管モデル及び前記血管により灌流させられるターゲット組織の患者固有の組織モデルを受信すること
前記患者の1つまたは複数の生理的状態において前記患者固有の血管モデルまたは前記患者固有の組織モデルから前記患者の1つまたは複数の生理的パラメータの患者固有のデータを受信または計算すること
前記1つまたは複数の生理的パラメータの前記患者固有のデータ、及び、複数の個人の前記1つまたは複数の生理的パラメータの測定されたデータを前記複数の個人の組織を通る血液の灌流の特性の測定されたデータにマッピングするように訓練される機械学習アルゴリズムを使用して前記患者固有の組織モデルを通る血液の灌流の特性を推定すること
血液の灌流の前記推された特性をディスプレイに出力すること
を含む非一時的コンピュータ可読媒体。
A non-transitory computer readable medium for use on a computer system including computer executable programming instructions for estimating patient specific characteristics of blood perfusion, the computer executable programming instructions being executed by a processor Causing the processor to execute the method,
The method is
Receiving a patient-specific tissue model of the target tissue to be perfused by the blood vessel of a patient-specific blood vessel model and the blood vessel of a patient,
And receiving or calculating a patient-specific data of one or more of one or more raw physical parameter of the patient from the patient-specific blood vessel model or the patient-specific tissue models in physiological state of the patient ,
Wherein the patient-specific data of one or more physiological parameters, and a plurality of the one or more physiological parameters characteristic of the measured perfusion of blood through the plurality of individual tissue data of individuals and that the measured using a machine learning algorithm trained to map to the data to estimate the characteristics of the irrigation flow of blood through the patient-specific tissue model,
And outputting the pre Ki推 constant properties of irrigation flow of blood de Isupurei
Non-transitory computer readable media, including :
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